格物致知

本文的目的是在PeerSim中用Cycle-based模型实现一个简单的负载均衡算法。节点的状态有两种值：本地负载（local load）和配额(quota)，其中配额是指节点在每个周期中允许传输的“负载”的大小。配额是必要的，是一个时间单元中能传输的负载上限。每个节点与和它距离最远的邻居节点交换配额值，这里“距离最远”是指与当前节点的负载差异最大。经过对比距离，协议将在负载均衡时选用push或pull的方式。

在每个周期之后，配额值将会被存储。协议并不关心拓扑管理，它依赖于其它组件来访问邻居节点（例如，Newscast，或者由IdleProtocol实现的静态拓扑）。

一. 必要的组件

一般来说只编写一个协议类是不足够的，还需要一些附加的组件。例如，为了在每个周期结束时为每个节点存储配额值，需要一个特定的Control对象。基本上来说，PeerSim是一个可替换的组件集合，所以在开发时需要注意模块化以让代码尽可能重用，出于这样的目的，我们这样设计下面的类：

• protocol 它基于peersim.vector.SimpleValueHolder，这是一个简单的基类，用于访问一个浮点变量。Aggreation协议也使用了同样的基类。
• ResetQuota 用于在每个周期结束时存储每个节点配额的control。
• QuotaObserver 一个control，用于监视quota参数，即覆盖网中交换的流量大小。
• initialization 这是在aggregation示例中的初始化器，这里也可以直接使用，因为它们实现了同样的接口SingleValueHolder。注意在example包中提供的初始化器是轻量级的，开发者应当更多地使用peersim.vector.*包中的初始化器。
• observers 可以使用aggreagation.AverageObserver，因为这些组件实现了相同接口。

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本文介绍了PeerSim的基本概念，并解析了两个示例以更清晰地说明PeeSim的仿真流程。

Peersim支持两种仿真模式，即Cycle-based的模型和传统的event-based的模型，本文专注于前者，

Cycle-based模型是一个简化的模型，拥有更好的伸缩性及性能，在拥有4GB内存的情况下，event-driven模式目前最多支持十万节点级别，而cycle-based模式则支持千万个节点级别。 但是Cycle-based模型缺少对传输层的仿真和并行处理，节点之间是直接通信的，仿真核心以一定的顺序周期性地给以节点控制。在运行时，可以进行任意的操作，如调用其它对象的方法并执行一些计算。

Cycle-based模型损失了一些真实性，虽然一些简单的协议可以忽略这些差别，但是在选择使用这个模型时，需要注意这些区别。我们可以相对简单地将Cycle-based的仿真移植到Event-driven引擎上，但在本文中不讨论这个话题。

一．基本介绍

PeerSim鼓励基于接口的模块化编程，每一个组件都能被其它实现了相同接口的组件代替，一般的仿真过程如下：

1. 选择网络大小（即节点数量）。
2. 选择要实验的一个或多个协议并进行初始化。
3. 选择一个或多个Control对象来监视感兴趣的属性，并在仿真时修改一些参数（比如，网络大小，协议的内部状态，等等）。
4. 根据配置文件，调用Simulator类运行仿真。

在仿真时创建的对象都是实现了一个或多个接口的类的实例，主要的接口如下所示：

Cycle-based仿真的生命周期是这样的：

1. 读取配置文件（通过命令行参数传递进来），然后仿真器初始化网络中的节点和节点中的协议，每个节点都拥有相同的协议栈。节点和协议的实例是通过克隆来创建的，只有一个原型是通过构造方法创建，其它的节点和协议都是从这个原型中克隆而来。基于这个原因，协议类中clone方法的实现是很重要的。
2. 初始化操作，设置每个协议的初始状态。初始化阶段是由Control对象控制运行的，仅在实验开始时运行一次。在配置文件中，初始化的组件可以由init前缀识别，在下面讨论的initializer对象也是controls，但为了标记其功能以区别于一般的Control对象，它被配置用来在初始阶段运行。
3. 在初始化完成后，Cycle-based引擎在每一个周期中调用所有组件（protocols和controls）一次，直到完成了指定的周期数，或者某个组件决定终止仿真为止。在PeerSim中每一个对象（controls和protocols）都被赋以一个Scheduler对象，它定义了什么时候本组件将会被执行。在默认情况下，所有对象都会在每个周期中运行。但我们也可以配置一个protocol或control只在某些特定的周期中运行，也可以在每一个周期中指定组件的执行顺序。

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Zipf定律是文献计量学的重要定律之一，它和罗特卡定律、布拉德福定律一起被并称为文献计量学的三大定律。

对于CDN的内容管理，也近似符合Zipf 定律，就是大家常说对于内容的访问遵循80/20原则，也就是20%的内容，会占有80%的访问量。

zipf law

这里 r 表示一个单词的出现频率的排名，P(r)表示排名为r的单词的出现频率.

(单词频率分布中 C约等于0.1, a约等于1)

后人将这个分布称为zipf distribution，中文名称为齐普夫分布或Zeta 分布。这是一个离散事件分布，广泛应用于语言学，保险学，网络模拟，以及对稀疏事件的建模中。

它表明在英语单词中,只有极少数的词被经常使用,而绝大多数词很少被使用。实际上,包括汉语在内的许多国家的语言都有这种特点。这个定律后来在很多领域得到了同样的验证，包括网站的访问者数量、城镇的大小和每个国家公司的数量。。这个定理也在很多分布里面得到了验证，比如人们的收入，互联网的网站数量和访问比例，互联网内容和访问比例(其他分布两个常数有所不同,a越大，分布越密集,对于VOD来说某些时候符合双zipf分布)。

比起枯燥的公式，图表更具有说服力，下面是用三百个严格符合zipf 分布的数据点描绘成的图，其中横轴表示排名，纵轴表示访问的频率，分别使用线性坐标和对数坐标表示：

zipf distribution

可以看到对数坐标下是一条完美的直线。

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Simulation with OMNeT++

用OMNeT++进行仿真的大致流程如下：

1. 一个OMNeT++模型是用通过交换信息来通讯的组件（模块）来构建的。模块可以嵌套，也就是说，几个模块可以组成一个复合模块。在创建模型时，你需要将系统映射到一个相互通讯的模块体系中。
2. 用NED语言定义模型的结构。你可以在OMNet++提供的IDE中以文本或图形化方式来编辑NED文件。
3. 模型的活动组件（简单模块）需要用C++来编程，当中要使用仿真内核及类库。
4. 提供一个拥有配置和参数的omnetpp.ini文件给模型，一个配置文件可以用不同的参数来描述若干个仿真过程。
5. 构建仿真程序并运行它。你可以将代码链接到OMNet++的仿真内核及其提供的一个用户接口：命令行和交互式接口或图形化接口。
6. 仿真结果将写入输出向量和输出标量文件中。你可以使用IDE中提供的分析工具来进行可视化。结果文件是普通的文本，所以你能用R,Matlab或其它工具来进行绘图。

原文在 >> 这里 <<。

OMNet++ in a nutshell

本文适合对网络模拟器有一定了解的读者，阅读本文时，最好同时打开用户手册和API文档以便随时查阅。

1. 在omnetpp.org中提到的仿真模型和框架与OMNet++是什么关系？

OMNet++提供了基本的工具和机制来编写仿真代码，但它本身并不提供任何特定用于计算机网络仿真，系统架构仿真和任意其它领域的组件；具体的仿真是由一些仿真模型和框架如Mobility Framework或INET Framework来支持，这些模型独立于OMNet++开发，并有自己的发布周期。

2. OMNet++提供了什么？

一个C++库，它由仿真内核及一些用来创建仿真组件（简单模块和信息）的工具类（如随机数生成，统计收集，拓扑发现等）；组装和配置这些组件的基础设施（NED语言，ini文件）；运行时用户接口或仿真环境（TKenv,Cmdenv）；一个用来设计，运行和评估仿真的IDE环境；实时仿真的扩展接口；MRIP，并行的分布式仿真，数据库连接等等这些组成。

3. OMNet++的仿真模型是什么样的？

OMNet++提供了一个基于组件的架构，模型是由可重用的组件或模块组成的。模块之间可以通过gates（在其它系统中称为ports，即端口）进行连接，以构成复合模块。每个仿真模型是一个复合模块类型的实例。这一层次（组件和拓扑）由NED文件来处理。例如，一个名为EtherMAC的组件可以用NED来描述：

  //
  // Ethernet CSMA/CD MAC
  //
  simple EtherMAC {
      parameters:
          string address; // others omitted for brevity
      gates:
          input phyIn;    // to physical layer or the network
          output phyOut;  // to physical layer or the network
          input llcIn;    // to EtherLLC or higher layer
          output llcOut;  // to EtherLLC or higher layer
   }

它可以使用在下面的Ethernet station的模型中：

  //
  // Host with an Ethernet interface
  //
  module EtherStation {
      parameters: ...
      gates: ...
          input in;    // for connecting to switch/hub, etc
          output out;
      submodules:
          app: EtherTrafficGen;
          llc: EtherLLC;
          mac: EtherMAC;
      connections:
          app.out --> llc.hlIn;
          app.in < -- llc.hlOut;
          llc.macIn <-- mac.llcOut;           llc.macOout --> mac.llcIn;
          mac.phyIn < -- in;           mac.phyOut --> out;
  }

其中，注释能用来生成文档。简单模块，例如上面的EtherMAC，会与一个C++ 文件关联以提供行为，它是以simple关键字来声明的。复合模块则是用module关键字来声明的，为了仿真一个Ethernet LAN，应该创建一个复合模块EtherLAN并用network关键字来表示它可以通过自身运行。

network EtherLAN {
      ... (submodules of type EtherStation, etc) ...
  }

NED文件可以在IDE中以图形化方式或文件模式编辑。

NED文件只定义了模型的结构（拓扑），其行为和模块参数的某个子集则是开放的，如前面所提到的，行为是通过在简单模块相关联的C++代码来定义的，而在NED文件中没有赋值的模块参数则从ini文件中获取它们的值。

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